面向新工科的“物联网信息安全”课程科教融合教学模式探索与改革

摘 要：在新工科背景下，针对“物联网信息安全”课程教学面临的教学与科研严重脱节这一问题，通过分析课程特点，并将科学研究的方法和成果融入教学的全过程中，从课前、课中和课后三个主要环节对该课程的教学模式创新进行了深入探索，提出了科教融合的课程教学模式，为新工科背景下物联网工程专业课程教学模式改革提供新的思路。

关键词：新工科；物联网；科教融合；教学模式；人才培养

Exploring and Reforming the Teaching Mode

of "Information Security of Internet of Things" Course for the

New Engineering Discipline with the Integration of Science and Education

Jin Shuang

School of Information Science and Engineering，Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074

Abstract：Under the background of new engineering，in view of the serious disconnection between teaching and scientific research faced by the teaching of "Information Security of Internet of Things" course，through analyzing the characteristics of the course and integrating the methods and achievements of scientific research into the whole process of teaching，the innovation of teaching mode of the course was explored in three main aspects：before，during and after the class，and a course teaching mode of integration of science and education was proposed to provide new ideas for the reform of teaching mode of the course of new engineering background.It provides new ideas for the reform of teaching mode of Internet of Things engineering courses under the background of new engineering.

Keywords：new engineering；Internet of Things；integration of science and education；teaching mode；talent cultivation

1 概述

為深入贯彻落实习近平总书记所作的党的二十大报告中“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”的战略决策，我国高等教育持续深化探索科教融合协同育人机制。科教融合的本质是科研活动与教育教学活动紧密结合，在科研实践中培养学生。此外，科教融合也是高等院校培养创新人才的重要渠道，在我国高端人才培养中发挥着巨大的促进作用［13］。

“物联网信息安全”是新工科背景下物联网工程专业的专业课程，该课程对于物联网专业的学生具有非常重要的意义。目前“物联网信息安全”课程教学方法仍然以传统的“老师教，学生听”为主，不能很好地将科研育人理念融入教学过程中，造成教学与科研的关系渐渐疏远的局面，这将不利于新工科背景下复合型的高素质应用型人才培养和激发学生的创新精神。

新工科背景下的专业课程不能继续沿用传统专业课程的教学方式，新工科建设的深化有赖于高校产教研融合机制的系统化变革［4］。因此，许多工科类专业课程的科教融合改革受到重视并广泛开展［56］。但如何面向新工科对“物联网信息安全”课程进行科教融合的教学模式探索和改革，推动“新工科”建设的深化，激发学生学习的积极性，最终实现教学科研一体化、科教深度融合和协同育人的教学目标，仍需进一步探索。

因此，本文以重庆交通大学物联网工程专业的“物联网信息安全”课程为研究对象，探索基于科教融合的课程多样化教学方法，切实提高教学水平和质量，推动教学科研一体化、科教深度融合协同育人的教学目标达成。

2 “物联网信息安全”课程特点与定位

“物联网信息安全”是物联网工程专业学生的专业必修课之一，部分高校的培养方案中将该课程设置为选修课，但也有高校将其设置为必修课。该课程是一門集密码学、计算机、通信、物联网等于一身的交叉学科，知识点多且相关理论较为抽象。具体特点可概况为以下四个方面：

（1）概念多且抽象。该课程许多章节涉及计算机网络技术、传输与通信技术、检测与控制技术、智能感知技术等多学科的知识，对学生而言涉及的这些知识比较抽象，理解难度大。

（2）知识面广。课程内容包括物联网整个安全体系特征、感知层、传输层、网络层和应用层的安全以及数据的隐私等，涉及面非常广泛。

（3）相关技术更新快，教材内容更新慢。物联网技术发展日新月异，在工业、农业和交通行业等各个不同领域的应用也越来越广泛，因此相应的物联网信息安全技术也在持续更新换代，相较之下，教材中的内容则更新较为缓慢。

（4）课程内容对应的实践少。由于该课程总的课时量较少，因此实验内容的课时就更少。所以课程的实验更多倾向于验证性实验，设计性不强，很难真正培养学生的创新思维能力和探索精神。

3 “物联网信息安全”课程教学现状

对于该课程的教学，大多院校仍然采用传统的“老师教，学生听”的教学模式。但该课程内容涉及面广，又有多个学科交叉，因此这种教学模式难以保证学生对知识的消化和应用，也不能激发学生的独立思考能力和专业兴趣［7］。该课程教学中存在的主要问题如下：

（1）教学手段传统且单一。该课程的授课方式主要采用老师讲授的方式，学生处于被动接受知识的状态。由于课程的知识面广且内容多，这种方式容易让学生失去兴趣和动力，在课堂上不能很好地集中精神跟着老师授课的进度学习，进而导致学生出现不认真学习等现象。同时，现有的教学手段也无法满足学生个性化的需求和差异，不够灵活且过度强调记忆，缺乏对物联网信息安全知识的真正理解和应用。此外，现有的教学手段也容易让老师处于疲惫的状态，不能很好地发挥老师的教学潜能。

（2）部分课程内容没有与时俱进。物联网技术在各行各业发展迅速，课程现有教学内容中的许多知识点都无法满足社会和行业的发展对物联网工程专业人才培养的要求。其中，很多教学内容较为陈旧，已经跟不上时代发展的步伐。要培养面向社会的物联网工程技术人才，就必须动态更新教学内容，并结合物联网领域发展的前沿知识和实际案例对学生进行授课讲解，充分调动学生的积极性，提升教学的水平和质量。

（3）考核方式较单一。一般来说，高校对该课程的考核方式基本分为两种，一是通过出试卷对学生进行期末测试，进而考查学生对本门课程的实际掌握情况；二是通过期末大作业的方式对学生的学习情况进行考核。前一种考核方式经常会出现学生通过临时抱佛脚而取得一个不错成绩的现象，但对于该课程没有真正理解和掌握，更不能将所学知识应用到实际情况中，因此不能对学生的学习情况进行客观的评价，也无法真正获知学生的综合能力。后一种考核方式则经常出现学生对相关资料进行复制粘贴的现象，没有真正花心思完成布置的大作业，因此无法实现对学生学习情况的掌握，同时也不能对其进行客观的评价。

（4）课程资源少。目前该课程相关的资源较少，包括参考文献、视频、习题以及相关的案例等资源。学生除了在课堂环节听老师讲授之外在课外很难参考到有针对性的课程资源，无法做到让学生进行有效的课后学习。同时，由于课程的学时有限，许多无法在课堂上完成的拓展性教学内容也需要参考相应的课程资源进行拓展学习，而目前少量的课程资源不能很好地解决该问题。

4 基于科教融合的教学模式设计

针对以上问题，结合重庆交通大学科教融合教学改革实际，依据“物联网信息安全”课程理论教学与实验教学内容特点，从课程设置及目标、教学内容及资源、教学模式和课程考核四个方面构建以科教融合为目标的教学改革体系，并将其应用于课程教学的全过程。

4.1 课程设置及目标

以重庆交通大学为例，在以往版本的培养方案中，“物联网信息安全”为物联网工程专业的专业选修课，设置在三年级的第一学期，2.5学分，总学时为40学时，其中理论课学时为32学时，实验课学时为8学时。而在最新的2022版培养方案中，将该课程的类型和学时长度做了调整，课程类型调整为专业核心课（必修课），课程的学时长度调整为48个学时，3学分，其中理论课学时为32学时，实验课学时为16学时，上课时间设置在大三的第二学期，授课教师则由2～3名具有物联网工程或者计算机以及通信等学科背景的教师担任。

针对课程目标设置问题，以国际工程教育专业认证为引领，以输出为导向，制定了新工科背景下物联网工程专业的课程目标，具体内容为：使学生能够综合分析物联网系统在感知层、传输层、网络层和应用层等各个不同层次的信息安全，并掌握物联网信息安全的基本技术和理论，具备解决物联网系统所面临的信息安全问题的能力。能够从工程技术、经济、社会等多方面对所提出的解决方案进行综合分析和评价，并考虑健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

4.2 教学内容及资源

近年来，物联网相关技术发展迅速且应用十分广泛，与之相关的科学研究成果也层出不穷。但由于教学教材的滞后性，导致与物联网信息安全相关的许多热点问题和实际的案例都没有及时地纳入教材中，而现有的许多教学内容已经跟不上时代的发展，有些甚至处于被淘汰的范围。如果还是按照以往的教学内容对学生进行授课，将不利于新工科背景下复合型的高素质应用型人才培养，同时学生在学习的过程中也会出现学习兴趣不高等问题。

因此，在课程的教学过程中，授课教师需要以现有的教学内容为基础，从学科体系完整性、现有课程衔接性以及教学内容的先进性三个方面优化现有教学内容，强化对科技发展、学术研究前沿成果的引入，动态更新陈旧过时的教学内容，保障授课内容的前沿性和时代性，进而确定教学内容更新后课程的整体内容布局。此外，通过线上学习平台（如学习通或雨课堂等）发布与课程相关的精品资源，包括但不限于视频、新闻、案例、参考文献、课件等课程资源，保证学生课后的拓展和补充学习，进一步深化和巩固课堂知识。教师也可不断引导学生搜索与本课程相关的网络资源，通过教师和学生共建的方式逐渐丰富和扩展课程资源，同时也能让学生实时地掌握物联网相关技术的发展动态。具体流程如下图所示。

教學内容及资源建设流程图

4.3 教学模式

科学研究的过程一般是遵循发现问题—提出问题—分析问题—解决问题的方式，而许多学生刚好缺乏这种科学研究的探索精神和创新能力，因此将科学研究的过程运用到教学过程中能够助力人才培养。以学习通等平台为基础，将教学过程分为课前、课中和课后三个主要教学环节［8］。

课前：课前主要为课中环节做铺垫，教师需要结合当天的教学内容准备学习资料，包括专门录制的教学小视频、时事新闻、热点技术论坛以及课件等资源，通过在线学习平台发布，学生自主在网上进行学习，同时记录学生的学习过程及时长。此外，教师针对教学内容的重要知识点设计一些课前思考题，引导学生去自主查阅相关文献和公开课等资源，促进学生去发现问题和提出问题，初步融入科学研究的思想。

课中：教师首先使用内容丰富、易于学生理解的课件，尤其是需要将与本堂课相关的实际科研项目、权威期刊论文成果、企业最新科技成果等纳入到课件中，便于学生了解所学知识点在实际应用中的发展动态。同时，课中要避免“满堂灌”的现象，教师需要针对不同的教学内容开展差异化的教学手段，如在课程中的基础知识模块可采用问题式教学法［9］，如课程中的数据安全、接入安全、网络安全等各种概念以及关键影响因素等；针对课程中的重难点知识模块可采用问题式教学法和案例式教学法相结合的方式，如课程中的“密码学模型和数字签名技术”“身份认证和访问控制”等。此外，还可以采用启发引导、小组讨论和翻转课堂等教学模式［10］。以小组讨论为例，教师可以提前将学生分为5～6人一组，并通过课前给学生布置查阅最新文献或者其他相关的科学研究成果等任务，在课中环节时抽取一个小组上讲台进行汇报，时间控制在10分钟以内，教师和其他同学则对汇报的结果进行评价和建议。

另外，教师也要适当将自己在研或者已经结题的科研项目案例插入到教学过程中，一方面有助于让学生更加直观地感受到所学知识在项目和行业中的应用，发掘学生对本课程的学习兴趣。同时也能够优化教学内容，保证教学内容的实用性和前沿性。值得注意的是，教师在讲解科研项目案例时应尽量讲解具体的知识点如何运用来解决实际科学问题，从而培养学生在未来的学习过程中自主分析问题和解决问题的能力。

课后：通过学习通发布课后大作业和课后习题等任务，进一步对所学知识进行巩固和拓展。此外，为了培养学生的实践能力和创新能力，教师应该对课程的实验课高度重视，注重理论与实践结合。以重庆交通大学为例，教师可以将课程的部分学时实验课利用“物联网智能交通平台”进行实践教学，并把基于此平台的科研项目等引入到实践教学的过程中，提升课程实验的前沿性和创新性。除此之外，可提倡和引导学生参加教师的在研科研项目，通过解决实际的科研问题进一步增加对课程知识的消化和应用。同时，教师也可组织学生参加与物联网相关的竞赛活动，如“全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛”“全国大学生智能汽车竞赛”以及“RoboCom机器人开发者大赛”等，培养学生的专业技能和解决复杂工程问题的能力。

4.4 课程考核

要实现科教有机融合，传统的期末考试或者期末大作业的考核方式不能完全对学生的综合能力进行全面评价，可通过对课程的全过程进行考核，全方面地对学生进行课程掌握程度的综合性评价，注重评价的实效性。课程可采用多元化的考核方式，首先是平时成绩（占30%），包括线上和线下考核两部分，线上考核主要包括学生在课前和课后环节的在线学习时长以及活跃度、线上布置的习题作业以及搜集的精品课程资源等；平时成绩的线下考核包括课堂表现、小组汇报、课后作业完成情况等。其次是实验成绩（占30%），课程实验可分小组完成，可从实验的完成情况、组员之间的分工协作、实验报告、答辩汇报等几个方面进行综合评价。再次是课程大作业成绩（占30%），大作业题目不唯一，学生可根据自己的喜好选择大作业题目，同时选择题目相同的同学按照5～6人进行分组，共同完成大作业。对课程大作业的评价可从方案设计、团队协作、PPT汇报、小组互评以及大作业报告等方面进行评价，进而计算所得的大作业综合成绩。最后是期末考核成绩（占10%），重点考查学生对本课程基础知识的掌握情况，可通过学习通平台在线上答题的形式进行评价。

结语

新工科背景下的专业课程不能继续沿用传统专业课程的教学方式，新工科建设的深化有赖于高校产教研融合机制的系统化变革。本研究重点针对新工科背景下“物联网信息安全”课程科教融合的教学模式进行了探索，以重庆交通大学为例，从该课程在教学过程中面临的教学和科研融合不足的问题，将科学研究的方法即“发现问题—提出问题—分析问题—解决问题”运用于课程教学的全过程，从课程设置及目标、教学内容及资源、教学模式和课程考核四个方面构建了以科教融合为目标的教学改革体系，打造“金课”，着力改善课堂教学质量，调动学生学习的积极性。改革措施为增强学生解决复杂的物联网信息安全问题的能力提供保障，同时促进教学科研一体化、科教深度融合和协同育人的教学目标实现。

参考文献：

［1］李茂国，周红坊，朱正伟.科教融合教学模式：现状与对策［J］.高等工程教育研究，2017（4）：5862.

［2］周光礼，马海泉.科教融合：高等教育理念的变革与创新［J］.中国高教研究，2012（8）：1523.

［3］向小薇，周建中.科教融合培养创新人才的实践、问题与建议［J］.中国教育学刊，2022，354（10）：16.

［4］王贤，宋文路，卓金龙，等.新工科背景下基于OBE理念的环境学课程教学改革与实践［J］.高教学刊，2023，9（9）：144148.

［5］刘计良，司政，李炎隆.新工科视域下《水工结构数值分析》教学改革探索［J］.中国电力教育，2022，416（10）：7576.

［6］周萌，曹政才，吴启迪.新工科背景下基于“五位一体”的机器人技术教学改革研究［J］.高等工程教育研究，2020，183（4）：6670.

［7］彭丹，王红霞，吴文全.“互联网+”混合式教学设计与实践——以“电子技术基础”课程为例［J］.教育教学论坛，2023，612（9）：58.

［8］于景飞.交通工程学课程教学改革［J］.西部素质教育，2019（20）：187188.

［9］刘媛媛.微课结合PBL教学法在数据结构实验教学中的应用［J］.电脑与信息技术，2023，31（1）：9698.

［10］刘伟，李明，谢海斌.“人工智能基础”课程教学改革与实践［J］.电气电子教学学报，2023，45（1）：710.

作者简介：靳双（1992— ），男，汉族，重庆奉节人，博士，讲师，从事物联网工程专业的教学和科研工作。